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CBTC中轨旁安全计算机的设计与形式化验证的开题报告

一、选题背景及研究目的

CBTC（Communication-basedtraincontrol）是一个现代化的列车自动化控制系统，它采用先进的通信技术和智能化算法，将列车控制中心与列车设备相互连接，实现列车的自动控制，有效提高列车的运行速度和运行的安全性。

CBTC中的轨旁安全计算机是一个重要的核心部件，其主要功能是将控制中心发出的指令传输到列车设备中，控制列车的行驶状态和速度。由于其关键作用，轨旁安全计算机需要具备高可靠性和安全性。因此，在设计和实现CBTC中轨旁安全计算机时，需要采用一些形式化验证技术进行可靠性和安全性验证。

本课题将研究CBTC中轨旁安全计算机的设计与形式化验证技术，通过构建模型和形式化规约，采用模型检测和定理证明等方法，对其可靠性和安全性进行验证，为实现CBTC中轨旁安全计算机的高可靠性和安全性提供有效的技术支持。

二、研究内容和方法

本课题主要研究内容包括：

1.CBTC中轨旁安全计算机的设计和开发：采用现代化的软件工程技术和框架，结合CBTC列车控制系统的特点，完成轨旁安全计算机的设计和开发。

2.轨旁安全计算机模型的构建：将轨旁安全计算机抽象为有限状态自动机模型，定义模型的状态、动作和转换条件等，形式化描述其行为和规范。

3.形式化规约的建立：在轨旁安全计算机模型的基础上，使用该系统的行为约束语言，建立形式化规约，严格界定了轨旁安全计算机的行为和有效状态。

4.模型检测：利用现有的模型检测工具，如SPIN等，对构建的轨旁安全计算机模型进行验证，发现可能存在的问题，包括死锁、互斥等，并提供相应的解决方案。

5.定理证明：使用形式化方法，对轨旁安全计算机模型进行定理证明，判断该系统是否符合安全性和可靠性的标准。

本课题主要采用的方法包括软件工程、形式化验证、模型检测和定理证明等方法，其中形式化验证和定理证明是本研究的核心方法，可以有效检测和证明系统的正确性。

三、研究意义和预期成果

CBTC中的轨旁安全计算机是CBTC列车控制系统中的关键部件，其安全性和可靠性对列车的正常运行至关重要。因此，本课题的研究将有以下几个方面的意义：

1.提高CBTC列车控制系统的安全性和可靠性：通过形式化验证技术，检测和证明轨旁安全计算机的正确性，提高CBTC列车控制系统的安全性和可靠性。

2.推广形式化验证技术：以CBTC中轨旁安全计算机的形式化验证为例，推广形式化验证技术在列车控制领域的应用，拓展其在其他行业中的应用。

3.具有应用价值：本研究所提出的设计和验证方法，为CBTC列车控制系统中轨旁安全计算机的实现提供有效的技术支持，具有较高的应用价值。

预期成果包括：

1.设计和开发CBTC中的轨旁安全计算机，并构建相应的模型。

2.制定CBTC中轨旁安全计算机的形式化规约，确保其符合相关安全标准。

3.使用模型检测和定理证明等方法，对轨旁安全计算机模型的行为进行检测和验证。

4.对轨旁安全计算机的安全性和可靠性进行分析和评估，提出相应的解决方案。